Красноярск / Krasnoyarsk
ICM.KRASN.RU
ИНСТИТУТ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ СО РАН
INSTITUTE OF COMPUTATIONAL MODELLING SB RAS
Если мембрана разделяет растворы соли раз-
ной концентрации, то возникает диффузия.
Различная подвижность ионов вызывает элек-
трическое поле, которое ускоряет медленные
ионы и тормозит быстрые (a). Между раствора-
ми образуется разность потенциалов (b). Если
поверхность поры является проводящей, то
электрическое поле поляризует ее, заряжая
одну часть отрицательно, а другую – положи-
тельно. Концентрация катионов (анионов) рас-
тет вблизи отрицательно (положительно) заря-
женной части поверхности (с). Наши экспери-
менты и теоретические расчеты показали, что
разность потенциалов между растворами для
проводящих пор резко возрастает по сравне-
нию с диэлектрическими порами и становится
очень чувствительной к отличиям в подвиж-
ности ионов. Эффект может найти примене-
ние при создании сенсоров для определения
концентрации, биоэлектронных и нанофлю-
идных устройств.
If a membrane separates salt solutions of different
concentrations, the diffusion occurs. Different ion
mobilities induce electric field, which speeds up
the slower diffusing ion and retards the faster
diffusing one (a). A potential difference between
the solutions appears (b). If the pore surface is
conductive, the electric field polarizes it resulting
in the variation of surface charge from negative to
positive along the pore. The concentration of
cations (anions) increases near negatively
(positively) charged part of the pore (c). Our
experiments and theoretical calculations have
shown that the potential difference between
solutions is greatly increased in conductive pores
in comparison with the dielectric ones. It becomes
very sensitive to differences in ion mobilities. The
effect may find applications in the design of
electrochemical sensors and nanofluidic or
bioelectronics devices.
Диффузия электролита через проводящую нанопору: схема (а) и численный расчет (b, c).
Поверхность мембраны из нановолокон Nafen, покрытых проводящим слоем углерода: микрофотография (d)
Diffusion of electrolyte through conductive nanopore: scheme (a) and numerical simulation (b,c).
The surface of membrane produced from Nafen nanofibers covered with conductive carbon layer (d)
1. I.I. Ryzhkov, D.V. Lebedev, V.S. Solodovnichenko, A.V. Shiverskiy,
M.M. Simunin. Physical Review Letters, 2017. V. 119, 226001.
2. I.I. Ryzhkov, D.V. Lebedev, V.S. Solodovnichenko,
A.V. Minakov, M.M. Simunin. Journal of Membrane Science,
2018. V. 551.
NEW MECHANISM OF MEMBRANE POTENTIAL GENERATION
IN NANOPOROUS MEMBRANES WITH CONDUCTIVE SURFACE
НОВЫЙ МЕХАНИЗМ ФОРМИРОВАНИЯ МЕМБРАННОГО ПОТЕНЦИАЛА
В НАНОПОРИСТЫХ МЕМБРАНАХ С ПРОВОДЯЩЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ